(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な凹凸パターンにより規定されるパターン形成面であって液滴の濡れ広がりに異方性を生じせしめる前記パターン形成面に配置された複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測するためのシミュレーション方法であって、
解析対象であるパターン形成面がモデル化された解析面上で、該パターン形成面を規定する凹凸パターンの形状に対応してパターン軸方向を設定する第１のステップと、
前記解析面上にモデル化された複数の液滴を配置する第２のステップと、
基準となる複数のパターン形成面のそれぞれにおける濡れ性を示す濡れ性パラメータであって、該複数のパターン形成面をそれぞれ規定する凹凸パターンの仕様ごとに対応した前記濡れ性パラメータを構成要素に含む濡れ性データベースを参照する第３のステップと、
解析対象である前記パターン形成面を規定する凹凸パターンの仕様に対応する濡れ性パラメータを前記濡れ性データベースに基づいて取得する第４のステップと、
解析対象である前記パターン形成面を規定する前記凹凸パターンが液滴の濡れ広がりに与える影響を前記解析面における濡れ性として取り扱って、取得した前記濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析により、前記解析面上での前記複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を解析する第５のステップと、
該第５のステップによる解析結果を、前記複数の液滴による合一膜の高さ分布として出力する第６のステップとを備えたことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項２】
前記濡れ性パラメータが、気体、液体および固体の三相が接触する接触線における接触角であって該接触線の法線ベクトル方向と前記パターン軸方向とが平行な位置における接触角θcpの値、および、前記接触線における接触角であって該接触線の法線ベクトル方向と前記パターン軸方向とが垂直な位置における接触角θcvの値であり、
前記第５のステップが、
前記接触線上のそれぞれの位置における接触角を下記式（１）によって求められるθcとし、
前記接触線上のそれぞれの位置において、気液界面の法線ベクトルと前記解析面の法線ベクトルとの成す角が前記接触角θcになるように、前記気液界面の法線ベクトルを修正することにより、取得した前記濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析を行うものであることを特徴とする請求項１に記載のシミュレーション方法。
【数１】
0005599356.tif 000014
（式（１）において、φは、前記接触線上のそれぞれの位置における該接触線の法線ベクトル方向と前記パターン軸方向との成す角を表す。）
【請求項３】
前記第２のステップが、下記式（２）により決まる最大個数ｎdrop以下の個数ｎinitの液滴を前記複数の液滴として配置するものであり、
前記第６のステップで得られた前記高さ分布に基づいて、該高さ分布の中に高さが所定の閾値高さと一致しない部分がある場合に、前記複数の液滴の前記解析面上での配置を調整し、および／または、前記最大個数ｎdropを超えない範囲で前記複数の液滴の個数を増加させる第７のステップをさらに備え、
配置が調整されおよび／または個数が増加された前記複数の液滴について、前記第５のステップから前記第７のステップまでを、前記高さ分布の中に高さが前記所定の閾値高さと一致しない部分がなくなるまで繰り返し実施して、前記複数の液滴の配置を最適化することを特徴とする請求項１または２に記載のシミュレーション方法。
【数２】
0005599356.tif 000015
（式（２）において、Ｖfilmは前記解析面上に形成しようとする所望の前記合一膜の体積を表し、ｖdropは液滴１つ当たりの体積を表し、intは括弧内の数値の小数点以下を切り捨てることを表す。）
【請求項４】
最後に行った前記第５のステップによる解析結果として得られた最適化された前記複数の液滴の配置に基づいて、液滴配置パターンを作成する第８のステップをさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載のシミュレーション方法。
【請求項５】
前記第１のステップが、解析対象である前記パターン形成面を複数のセルに分割し、該セルごとに前記解析面を構成する解析セルとしてモデル化し、該解析セルごとに前記解析面についての前記パターン軸方向を設定するものであることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のシミュレーション方法。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させることを特徴とするシミュレーションプログラム。
【請求項７】
請求項６に記載のシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項８】
請求項４に記載のシミュレーション方法により前記液滴配置パターンを作成することを特徴とする液滴配置パターンの作成方法。
【請求項９】
請求項４に記載のシミュレーション方法により作成された前記液滴配置パターンに従って、インクジェット法により被加工基板の加工対象である表面上に、硬化性樹脂からなる複数の液滴を配置し、
解析対象である前記パターン形成面を有するモールドを用いて、該パターン形成面と加工対象である前記表面とを対向させながら、該表面に配置された前記複数の液滴に前記モールドを押し付けて、硬化性樹脂膜を形成し、
該硬化性樹脂膜を硬化させた後、該硬化性樹脂膜から前記モールドを剥離することを特徴とするナノインプリント方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のナノインプリント方法により、モールドの凹凸パターンが転写された硬化性樹脂からなるレジスト膜を被加工基板上に形成し、
該レジスト膜をマスクとしてドライエッチングを行って、該レジスト膜に転写された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを前記被加工基板に形成してパターン化基板を得ることを特徴とするパターン化基板の製造方法。
【請求項１１】
請求項４に記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えたことを特徴とするインクジェット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な凹凸パターンにより規定されるパターン形成面に配置された複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測するためのシミュレーション方法、プログラムおよびそれを記録した記録媒体、並びに、それらを利用した液滴配置パターンの作成方法、ナノインプリント方法、パターン化基板の製造方法およびインクジェット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディスクリートトラックメディア（ＤＴＭ）やビットパターンドメディア（ＢＰＭ）等の磁気記録媒体、及び半導体デバイスの製造において、被加工基板上に塗布されたレジストへのナノインプリントを用いたパターン転写技術の利用が期待されている。
【０００３】
ナノインプリントは、光ディスク製作では良く知られているエンボス技術を発展させ、凹凸パターンを形成した型(一般的にモールド、スタンパ、テンプレートとも呼ばれる)を被加工基板上に塗布されたレジストに押し付け、レジストを力学的に変形または流動させて微細パターンを精密に転写する技術である。モールドを一度作製すれば、ナノレベルの微細構造を簡単に繰り返して成型できるため経済的であるとともに、有害な廃棄物および排出物が少ない転写技術であるため、近年、さまざまな分野へも応用が期待されている。
【０００４】
上記のようなナノインプリントにおいて、インクジェット法を用いて被加工基板上にレジストを塗布する技術の開発が行われている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、インクジェット法を用いて、モールドを被加工基板に押し付けたときに対向する凹凸パターンのパターン密度（凹凸パターンを上面から眺めたときの単位面積あたりの凸部または凹部の割合）に応じて、被加工基板上に塗布するレジスト量を被加工基板の領域ごとに制御する方法が開示されている。また、特許文献２には、モールドのパターン密度によってレジストの揮発量が異なるという問題を解決するために、インクジェット法を用いて、被加工基板上に塗布するレジスト量をパターン密度に応じて制御する方法が開示されている。つまり、特許文献１および２では、インクジェット法を用いてレジストからなる液滴を配置する被加工基板上の位置分布（液滴配置パターン）を、パターン密度に応じて最適化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５０２１５７号公報
【特許文献２】特開２００９−８８３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のようなインクジェット法を用いたナノインプリントにおいて、モールドと被加工基板との間にトラップされた残留気体によるレジスト膜の未充填欠陥が大きな問題となっている。例えば特許文献１および２の方法では、モールドが押し付けられたときの液滴の濡れ広がりが等方的であることを前提として隣接する液滴同士の間隔を最適化しており、凹凸パターンのうち液滴の濡れ広がりに異方性が生じる領域では、依然として残留気体による未充填欠陥が生じるおそれがある。モールドで押し付けている時間を長くすれば、残留気体がモールドを透過したりレジスト膜中に溶解したりして、ある程度は残留気体の影響を抑えることは可能である。しかし、このような方法でも完全に未充填欠陥をなくすことはできず、何よりもナノインプリント工程のスループットおよび効率が低下してしまう。
【０００８】
凹凸パターンに応じて、液滴の濡れ広がりの異方性も考慮して液滴の配置を最適化すれば、未充填欠陥の発生を抑制しかつスループットを向上させることができると考えられる。
【０００９】
しかしながら、そのような異方性を考慮するため、液滴の濡れ広がりを予測して液滴の配置を最適化することは容易なことではない。そして、凹凸パターンが複雑になるほど、液滴の濡れ広がりの異方性も複雑化するため、液滴の濡れ広がりを予測することはより困難となる。
【００１０】
また、このような問題は必ずしもナノインプリントに限った話ではない。
【００１１】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測する方法において、その濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に複数の液滴が接している場合であっても、その濡れ広がりおよび合一を容易に予測することを可能とするシミュレーション方法、シミュレーションプログラムおよびそのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とするものである。
【００１２】
さらに本発明は、液滴の濡れ広がりの異方性も考慮された最適な位置に液滴を配置することを可能とする液滴配置パターンの作成方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
さらに本発明は、インクジェット法を用いたナノインプリント方法において、残留気体によるレジスト膜の未充填欠陥の発生を低減して、ナノインプリント工程のスループットおよび効率の低下を抑制することを可能とするナノインプリント方法を提供することを目的とするものである。
【００１４】
さらに本発明は、ナノインプリントにより凹凸パターンが転写されたレジスト膜をマスクとするパターン化基板の製造において、効率よくパターン化基板を製造することを可能とするパターン化基板の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１５】
さらに本発明は、液滴の濡れ広がりの異方性も考慮された最適な位置に液滴を配置することを可能とするインクジェット装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明に係るシミュレーション方法は、
微細な凹凸パターンにより規定されるパターン形成面であって液滴の濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に配置された複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測するためのシミュレーション方法であって、
解析対象であるパターン形成面がモデル化された解析面上で、このパターン形成面を規定する凹凸パターンの形状に対応してパターン軸方向を設定する第１のステップと、
解析面上にモデル化された複数の液滴を配置する第２のステップと、
基準となる複数のパターン形成面のそれぞれにおける濡れ性を示す濡れ性パラメータであって、この複数のパターン形成面をそれぞれ規定する凹凸パターンの仕様ごとに対応した濡れ性パラメータを構成要素に含む濡れ性データベースを参照する第３のステップと、
解析対象であるパターン形成面を規定する凹凸パターンの仕様に対応する濡れ性パラメータを濡れ性データベースに基づいて取得する第４のステップと、
解析対象であるパターン形成面を規定する凹凸パターンが液滴の濡れ広がりに与える影響を解析面における濡れ性として取り扱って、取得した濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析により、解析面上での複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を解析する第５のステップと、
この第５のステップによる解析結果を、複数の液滴による合一膜の高さ分布として出力する第６のステップとを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
本明細書において、「パターン形成面」とは、微細な凹凸パターンにより規定される面であって実空間において液滴が配置される面を意味する。
【００１８】
「解析面」とは、パターン形成面がモデル化された面であって解析空間において液滴が配置される面を意味する。
【００１９】
「パターン軸方向」とは、パターン形成面内の方向であって凹凸パターンを構成する凸部または凹部の長さ方向を意味する。
【００２０】
「濡れ性パラメータを濡れ性データベースに基づいて取得する」とは、解析対象であるパターン形成面を規定する凹凸パターンの仕様と一致する仕様に対応する濡れ性パラメータが濡れ性データベース中に含まれている場合にはその濡れ性パラメータを取得することの他、解析対象であるパターン形成面を規定する凹凸パターンの仕様と一致する仕様に対応する濡れ性パラメータが濡れ性データベース中に含まれていない場合には、最も近似する仕様に対応する濡れ性パラメータを取得することまたは近似するいくつかの仕様にそれぞれ対応する濡れ性パラメータから近似値を算出することを含む意味である。
【００２１】
複数の液滴による「合一膜」とは、複数の液滴が濡れ広がった結果得られる液相の膜を意味する。隣接する液滴同士が合一した部分および単独で濡れ広がったのみの部分を含め全体として１つの膜として取り扱う。
【００２２】
合一膜の「高さ分布」とは、解析面上の各位置における解析面からの気液界面の高さの分布を意味する。
【００２３】
そして、本発明に係るシミュレーション方法において、
濡れ性パラメータが、固体、液体および気体の三相が接触する接触線における接触角であってこの接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向とが平行な位置における接触角θcpの値、および、接触線における接触角であってこの接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向とが垂直な位置における接触角θcvの値であり、
第５のステップが、
接触線上のそれぞれの位置における接触角を下記式（１）によって求められるθcとし、
接触線上のそれぞれの位置において、気液界面の法線ベクトルと解析面の法線ベクトルとの成す角が上記接触角θcになるように、上記気液界面の法線ベクトルを修正することにより、取得した濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析を行うものであることが好ましい。
【００２４】
【数１】
0005599356.tif 000002
【００２５】
式（１）において、φは、接触線上のそれぞれの位置におけるこの接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向との成す角を表す。
【００２６】
そして、本発明に係るシミュレーション方法において、
第２のステップが、下記式（２）により決まる最大個数ｎdrop以下の個数ｎinitの液滴を上記複数の液滴として配置するものであり、
第６のステップで得られた高さ分布に基づいて、この高さ分布の中に高さが所定の閾値高さと一致しない部分がある場合に、複数の液滴の解析面上での配置を調整し、および／または、最大個数ｎdropを超えない範囲で複数の液滴の個数を増加させる第７のステップをさらに備え、
配置が調整されおよび／または個数が増加された複数の液滴について、第５のステップから第７のステップまでを、高さ分布の中に高さが上記所定の閾値高さと一致しない部分がなくなるまで繰り返し実施して、複数の液滴の配置を最適化することが好ましい。
【００２７】
【数２】
0005599356.tif 000003
【００２８】
式（２）において、Ｖfilmは解析面上に形成しようとする所望の合一膜の体積を表し、ｖdropは液滴１つ当たりの体積を表し、intは括弧内の数値の小数点以下を切り捨てることを表す。
【００２９】
本明細書において、「解析面上に形成しようとする所望の合一膜の体積」とは、実際にパターン形成面上に形成しようとする所望の合一膜の体積に相当する体積を意味する。
【００３０】
「液滴１つ当たりの体積」とは、実際に液滴を配置する際の液滴の最小単位の体積を意味する。
【００３１】
そして、本発明に係るシミュレーション方法において、
最後に行った第５のステップによる解析結果として得られた最適化された複数の液滴の配置に基づいて、液滴配置パターンを作成する第８のステップをさらに備えることが好ましい。
【００３２】
本明細書において、「液滴配置パターン」とは、解析対象であるパターン形成面上の位置であって複数の液滴をそれぞれ配置する位置に対応する複数の格子点からなる集合を意味する。この液滴配置パターンは、上記格子点の位置を表わすＣＡＤ等の２次元座標データ、または、ビットマップ画像等の画像データとして取り扱うことが出来る。
【００３３】
そして、本発明に係るシミュレーション方法において、
第１のステップが、解析対象であるパターン形成面を複数のセルに分割し、このセルごとに解析面を構成する解析セルとしてモデル化し、この解析セルごとに解析面についてのパターン軸方向を設定するものであることが好ましい。
【００３４】
さらに、本発明に係るシミュレーションプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記に記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させることを特徴とするものである。
【００３５】
さらに、本発明に係る液滴配置パターンの作成方法は、上記に記載のシミュレーション方法により液滴配置パターンを作成することを特徴とするものである。
【００３６】
さらに、本発明に係るナノインプリント方法は、
上記に記載のシミュレーション方法により作成された液滴配置パターンに従って、インクジェット法により被加工基板の加工対象である表面上に、硬化性樹脂からなる複数の液滴を配置し、
解析対象であるパターン形成面を有するモールドを用いて、このパターン形成面と加工対象である上記表面とを対向させながら、この表面に配置された複数の液滴にモールドを押し付けて、硬化性樹脂膜を形成し、
この硬化性樹脂膜を硬化させた後、この硬化性樹脂膜からモールドを剥離することを特徴とするものである。
【００３７】
さらに、本発明に係るパターン化基板の製造方法は、
上記に記載のナノインプリント方法により、モールドの凹凸パターンが転写された硬化性樹脂からなるレジスト膜を被加工基板上に形成し、
このレジスト膜をマスクとしてドライエッチングを行って、このレジスト膜に転写された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを被加工基板に形成してパターン化基板を得ることを特徴とするものである。
【００３８】
さらに、本発明に係るインクジェット装置は、上記に記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係るシミュレーション方法、プログラムおよびそれを記録した記録媒体は、微細な凹凸パターンにより規定されるパターン形成面であって液滴の濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に配置された複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測するためのシミュレーション方法であって、解析対象であるパターン形成面がモデル化された解析面上で、このパターン形成面を規定する凹凸パターンの形状に対応してパターン軸方向を設定する第１のステップと、解析面上にモデル化された複数の液滴を配置する第２のステップと、基準となる複数のパターン形成面のそれぞれにおける濡れ性を示す濡れ性パラメータであって、この複数のパターン形成面をそれぞれ規定する凹凸パターンの仕様ごとに対応した濡れ性パラメータを構成要素に含む濡れ性データベースを参照する第３のステップと、解析対象であるパターン形成面を規定する凹凸パターンの仕様に対応する濡れ性パラメータを濡れ性データベースに基づいて取得する第４のステップと、解析対象であるパターン形成面を規定する凹凸パターンが液滴の濡れ広がりに与える影響を解析面における濡れ性として取り扱って、取得した濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析により、解析面上での複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を解析する第５のステップと、この第５のステップによる解析結果を、複数の液滴による合一膜の高さ分布として出力する第６のステップとを備えたことを特徴とするものである。本発明では特に、解析対象であるパターン化基板の凹凸パターンが液滴の濡れ広がりに与える影響を解析面における濡れ性として取り扱っているから、微細な凹凸パターンと液滴との複雑な解析をせずに、解析面をある濡れ性を持つ平面とみなしてシミュレーションを実行することができる。この結果、複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測する方法において、その濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に複数の液滴が接している場合であっても、その濡れ広がりおよび合一を容易に予測することが可能となる。
【００４０】
さらに、本発明に係る液滴配置パターンの作成方法は、上記に記載のシミュレーション方法により液滴配置パターンを作成することを特徴とするものである。これにより、濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に複数の液滴を配置する場合であっても、当該異方性も考慮された最適な位置に液滴を配置することが可能となる。
【００４１】
さらに、本発明に係るナノインプリント方法は、特に、上記に記載のシミュレーション方法により作成された液滴配置パターンに従って、インクジェット法により被加工基板の加工対象である表面上に、硬化性樹脂からなる複数の液滴を配置することを特徴とするものである。これにより、濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に複数の液滴を配置する場合であっても、当該異方性も考慮された最適な位置に液滴を配置することができる。この結果、インクジェット法を用いたナノインプリント方法において、残留気体によるレジスト膜の未充填欠陥の発生を低減して、ナノインプリント工程のスループットおよび効率の低下を抑制することが可能となる。
【００４２】
さらに、本発明に係るパターン化基板の製造方法は、特に、上記に記載のナノインプリント方法により、モールドの凹凸パターンが転写された硬化性樹脂からなるレジスト膜を被加工基板上に形成することを特徴とするものである。これにより、ナノインプリント工程のスループットおよび効率の低下を抑制しながら、レジスト膜を被加工基板上に形成することができる。この結果、ナノインプリントにより凹凸パターンが転写されたレジスト膜をマスクとするパターン化基板の製造において、効率よくパターン化基板を製造することが可能となる。
【００４３】
さらに、本発明に係るインクジェット装置は、上記に記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えたことを特徴とするものである。これにより、濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に複数の液滴を配置する場合であっても、当該異方性も考慮された最適な位置に液滴を配置することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】解析対象であるパターン形成面およびそれをモデル化した解析面を示す概略図である。
【図２】ライン状凹凸パターンおよびライン状凹凸パターンではないパターンの例を示す概略図である。
【図３Ａ】複数のセルに分割されたパターン形成面を示す概念図である。
【図３Ｂ】複数の解析面セルにパターン軸方向を設定した様子を示す概念図である。
【図４】解析において流体率を設定した様子を示す概念図である。
【図５】解析における接触角を示す概念図である。
【図６】濡れ性データベースから取得される接触角θcpおよび接触角θcv、並びに接触線上のそれぞれの位置における接触角θcの関係を示す概念図である。
【図７】最適化された液滴配置を求める際の手順を示すブロック図である。
【図８】解析において必要となる液相全体の体積を説明するための概略図である。
【図９】解析によって得られた合一膜の高さ分布に基づいて、液滴配置を修正する様子を示す概略図である。
【図１０】本実施形態のインクジェット装置を示す概略図である。
【図１１】本実施形態のインクジェット装置のレジスト供給系の構成を示す概略図である。
【図１２】本実施形態のインクジェット装置の制御系のシステム構成を示す概略図である。
【図１３】本実施例において、濡れ広がりに異方性のある解析面上に複数の液滴を初期配置して、シミュレーション解析を実効した様子を示す概略図である。
【図１４】本実施例において、複数の液滴の配置を修正してシミュレーション解析を実効した様子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００４６】
「シミュレーション方法、シミュレーションプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の第１の実施形態」
まず、本発明のシミュレーション方法、シミュレーションプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の第１の実施形態について説明する。図１は、解析対象であるパターン形成面Ｐおよびそれをモデル化した解析面Ａを示す概略図である。
【００４７】
本実施形態のシミュレーション方法は、微細な凹凸パターン１により規定されるパターン形成面Ｐであって液滴の濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面Ｐに配置された複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測するためのシミュレーション方法であって、必須のパラメータとして、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の仕様と、このパターン形成面Ｐに配置される液滴の材料の密度、粘性係数および表面張力とを取得し、選択可能なパラメータとして、凹凸パターン１を構成する材料からなる平面上でのその液滴の接触角、または、その液滴の材料と凹凸パターン１を構成する材料との間の界面張力および凹凸パターン１を構成する材料の表面張力の組み合わせを取得した後、解析対象であるパターン形成面Ｐがモデル化された解析面Ａ上で、このパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の形状に対応してパターン軸方向Ｄｐを設定する第１のステップと、解析面Ａ上にモデル化された複数の液滴を配置する第２のステップと、基準となる複数のパターン形成面のそれぞれにおける濡れ性を示す濡れ性パラメータであって、この複数のパターン形成面をそれぞれ規定する凹凸パターンの仕様ごとに対応した濡れ性パラメータを構成要素に含む濡れ性データベースを参照する第３のステップと、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の仕様に対応する濡れ性パラメータを濡れ性データベースに基づいて取得する第４のステップと、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１が液滴の濡れ広がりに与える影響を解析面Ａにおける濡れ性として取り扱って、取得した濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析により、解析面Ａ上での複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を解析する第５のステップと、この第５のステップによる解析結果を、複数の液滴による合一膜の高さ分布として出力する第６のステップとを備えたものである。
【００４８】
また、本実施形態のシミュレーションプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記に記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させるものである。
【００４９】
本発明のシミュレーション方法は、例えば、微細な凹凸パターンが形成された表面を有するモールドを用いて、インクジェット法によりナノインプリントを実施する場合等において、被加工基板上の複数の液滴がどのように濡れ広がりおよび合一するのかを予測するための方法として使用することができる。このような場合、凹凸パターンが形成されたモールドの表面が本発明における上記パターン形成面に相当し、インクジェット法により塗布される硬化性樹脂からなる複数の液滴が本発明における上記複数の液滴に相当する。
【００５０】
実際にナノインプリントを実施する場合には通常、液滴は被加工基板の平坦な表面上に配置され、その後モールドの凹凸パターンが当該液滴に対して押し付けられるが、シミュレーション解析では液滴がパターン形成面上に配置される場合を想定してモデル化が行われる。これは、凹凸パターンが押し付けられて液滴が濡れ広がる段階では、液滴の重力はほとんど無視できると考えられるためである。つまりどちらの場合も、濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面に液滴が接しながら濡れ広がる点で大差がない。
【００５１】
（シミュレーション解析で使用されるパラメータ）
本実施形態における解析では、必須のパラメータとして、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の仕様と、このパターン形成面Ｐに配置される液滴の材料の密度、粘性係数および表面張力とが使用される。また、選択可能なパラメータとして、凹凸パターン１を構成する材料からなる平面上でのその液滴の接触角、または、その液滴の材料と凹凸パターン１を構成する材料との間の界面張力および凹凸パターン１を構成する材料の表面張力の組み合わせが使用される。選択可能なパラメータにおいて、上記接触角および上記組み合わせは相互に変換可能であるため、これらのうち一方のみで充分となる。
【００５２】
本明細書において、「凹凸パターンを構成する材料からなる平面上でのこの液滴の接触角」とは、液滴を構成する材料と凹凸パターンを構成する材料との関係で決まる液滴の接触角を意味する。また、「この液滴の材料と凹凸パターンを構成する材料との間の界面張力」とは、液滴を構成する材料と凹凸パターンを構成する材料との関係で決まるこれらの界面における界面張力を意味する。
【００５３】
（パターン形成面）
パターン形成面は、微細な凹部および凸部から構成される凹凸形状のパターン（凹凸パターン１）によって規定される面であって、液滴が配置される面としてモデル化の対象となる面である。本実施形態では例えば、パターン形成面Ｐは、図１に示されるような凹凸パターン１の凸部２の上面２ｓを含む滑らかに連続した面Ｐである。凹凸パターン１が形成されていない平坦な面３ｓを含む場合には、このような平坦な面３ｓも反映するようにパターン形成面Ｐは規定される。そして、パターン形成面Ｐ内の方向であって凹凸パターン１を構成する凸部または凹部の長さ方向をこのパターン形成面Ｐのパターン軸方向Ｄｐとして設定する。具体的には、凹凸パターンを構成する凸部および凹部において、凸部が凹部に囲まれていると認められる場合には凸部の長さ方向をパターン軸方向Ｄｐとして設定し、凹部が凸部に囲まれていると認められる場合には凹部の長さ方向をパターン軸方向Ｄｐとして設定する。凸部または凹部が折れ曲がる等により凸部または凹部の長さ方向が複数あると認められる場合には、適宜軽重を付けて適切な方向を選択したり当該長さ方向が切り替わる部分でパターン形成面Ｐを分割したりする。凹凸パターン１がライン状を示す場合、液滴は凹凸パターン１のパターン軸方向Ｄｐに沿って濡れ広がりやすくなると考えられるため、パターン形成面Ｐ上での液滴の濡れ広がりに異方性が生じる。濡れ広がりの異方性によってパターン形成面Ｐ上を濡れ広がる１つの液滴の形状が楕円で近似できる単純なモデルの場合には、その楕円の長軸方向とその地点のパターン軸方向Ｄｐはほぼ平行となる。
【００５４】
例えば、図２ａ〜ｃは、液滴の濡れ広がりに異方性を生じせしめる凹凸パターンの例である。図２ａ、図２ｂおよび図２ｃは、長さ方向が所定の一方向を向くように配列された複数の細長い凸部２から構成されたライン＆スペース型の凹凸パターンを示す概略図である。これらのような凹凸パターン１では、配置された液滴が凸部２と他の凸部２との間（つまり凹部）を伝って濡れ広がる方が濡れ広がりやすいため、その濡れ広がりに異方性が生じる。したがって、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃにおける凹凸パターンでは凸部が凹部に囲まれていると認められるため、細長い凸部２の長さ方向がパターン軸方向Ｄｐとなる。図２中のＤｖはパターン軸方向Ｄｐに垂直な方向を示す。なお、図２ｄは、ドット状の凸部２が縦横に均等に配列されたパターンを示す概略図である。このような場合、液滴の濡れ広がる方向について異方性が明確に現れないため、当該パターンは本明細書における液滴の濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターンには含まれない。
【００５５】
異方性の態様は、凹凸パターン１の仕様に依存して変化する。具体的には、異方性の態様は、凹凸パターン１のスケールを規定する基本要素、つまり図２のように凸部２が独立している場合には、凸部２の幅Ｗｐ、凸部同士の間隔Ｗｒ、凸部２の高さＨおよび凸部２の長さＬに依存して変化し、さらに、これらの基本要素が同一の又は異なる複数の凸部２の配列方法等によっても変化する。凹部が独立している場合には、凹凸パターン１のスケールを規定する基本要素は、凹部の幅、凹部同士の間隔、凹部の深さおよび凹部の長さとなる。
【００５６】
図２ａ〜ｃは、例として、パターン軸方向Ｄｐが一義的に定まるような凹凸パターンを示すが、本発明における凹凸パターン１はこのようなパターン軸方向Ｄｐが一義的に定まるようなパターンに限られない。
【００５７】
図３Ａは、複数のセルに分割されたパターン形成面Ｐを示す概念図である。例えば、図３Ａに示されるように、一定のパターン軸方向Ｄｐをそれぞれ有する直線状の凹凸パターン１ａ、１ｂおよび１ｃの組み合わせによる凹凸パターン４の場合には、解析対象であるパターン形成面Ｐを複数のセルＣに分割して、セルＣごとにセル内の凹凸パターンの形状に基づきパターン軸方向Ｄｐａ、ＤｐｂおよびＤｐｃを設定することができる（図３Ａ）。このように、セルＣごとにパターン軸方向Ｄｐを設定することにより、より正確な液滴の運動の解析が可能となる。セルＣの大きさや分割形状は、すべてのセルＣで同一である必要はない。例えば、パターン軸方向Ｄｐが同一である領域ごとに１つ以上のセルとして分割することもできる。また、パターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の形状が複雑な場合（例えば、凸部が曲線状に形成された場合および凸部が曲線状に配列された場合等）には、セルＣ内ではパターンを直線状とみなせる程度にパターン形成面Ｐを複数のセルに細かく分割すれば、セルごとにパターン軸方向を設定することができる。
【００５８】
（パターン形成面のモデル化）
本発明のシミュレーション方法では、実空間において解析対象であるパターン形成面Ｐが解析面Ａとしてモデル化されて解析が行われる。本発明のシミュレーション方法におけるパターン形成面Ｐのモデル化は、特に図１に示されるように、パターン形成面Ｐのうち計算格子または計算要素に基づく解像度Ｗｇを下回るスケールの微細な凹凸パターン１が存在する領域を、異方性のある所定の濡れ性を持った面Ａ１として取り扱うことを特徴とする。また、凹凸パターン１が形成されていない平坦な面３ｓは、解析空間において等方的な所定の濡れ性を持った面Ａ３として取り扱われる。
【００５９】
通常シミュレーションによる流体解析においては、計算格子または計算要素ごとに方程式が立てたれる。計算格子または計算要素とは、流体に関する方程式を解く際の最小の単位を表し、流体が存在しうる解析空間が細かく分割された要素である。当該要素が縦横の網目状に規則的に分割されている場合に計算格子と呼ばれ、三角形や多面体で不規則に分割されている場合に計算要素と呼ばれる。流体に関する方程式は、それぞれの計算格子または計算要素（以下単に計算格子という。）ごとに近似的に解かれる。つまり、この計算格子が細かい程、計算の精度が向上して流体の運動をより正確に表現することができるようになる。
【００６０】
しかしながら、微細な凹凸パターンの形状を厳密に考慮して解析を行うために計算格子に基づく解像度Ｗｇを小さくすると、計算格子数が異常に多くなりさらに計算が複雑化するという問題がある。
【００６１】
そこで本発明では、所定の凹凸パターン１のスケールの大きさよりも充分大きな解像度を有する所定の計算格子が設定され、計算格子の解像度を下回るスケールの当該凹凸パターン１は液滴の濡れ性として解析面Ａにモデル化して組み込まれる。つまり、計算格子の解像度を下回る当該凹凸パターン１の寄与は、解析面Ａ上における液滴の濡れ性の違いとして再現される。一方、パターン形成面には様々な空間スケールの凹凸パターンが存在しうるため、計算格子の解像度を上回る部分は、解析面Ａの形状として再現される。これらスケールの異なる二つの凹凸パターンを同時に組み合わせてモデル化し、全体として解析を行うこともできるが、段差を伴わない解析面ごとに解析を行うことが好ましい。
【００６２】
パターン形成面Ｐを複数のセルＣに分割した場合には、セルＣごとに解析面Ａを構成する解析セルＣａが設定されることが好ましい。つまりこの場合、図３Ｂに示されるように、このセルＣごとに解析セルＣａとしてモデル化される。
【００６３】
（濡れ性パラメータおよび濡れ性データベース）
上記のようにモデル化された濡れ性は、凹凸パターン１の仕様、液滴の表面張力（表面エネルギー）およびパターン形成面Ｐの表面張力（表面エネルギー）に依存して変化する。そこで本発明では、基準となる複数のパターン形成面のそれぞれにおける濡れ性を示す濡れ性パラメータを構成要素に含む濡れ性データベースが予め用意される。濡れ性パラメータは、基準となる複数のパターン形成面をそれぞれ規定する凹凸パターンの仕様ごとに対応してデータベース化され、少なくとも凹凸パターンの仕様に基づいて検索可能とされている。
【００６４】
下記の表１は、このような濡れ性データベースの例を示すものである。例えば、表１では、濡れ性パラメータとしての接触角が、基準となる凹凸パターンの仕様、液滴の表面エネルギーおよびパターン形成面Ｐの表面エネルギーのそれぞれの値に対応してデータベース化されている。表１中の接触角θcpは、固体、液体および気体の三相が接触する接触線における接触角であってこの接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向とが平行な位置における接触角であり、θcvは、接触線における接触角であってこの接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向とが垂直な位置における接触角である。これは、液滴の濡れ広がりの異方性により、接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向との関係で接触角が異なることを考慮したものである。本明細書において、「固体、液体および気体の三相が接触する接触線」とは、固体の表面（パターン形成面或いは解析面）および液体（液滴）が互いに接触する面の外縁を意味する。接触線の法線ベクトル方向は、接触線の移動速度ベクトル方向とも言われる。「移動速度ベクトル方向」とは、接触線が次の時刻において移動しようとする方向を意味する。
【００６５】
【表１】
0005599356.tif 000004
【００６６】
上記２つの接触角を解析に用いることにより、液滴の濡れ広がりの異方性が解析面Ａ上の濡れ性の異方性として再現される。接触線のその他の位置における接触角は、この２つの接触角に基づいて算出される。なお、液滴の物性およびパターン形成面Ｐの物性は、特定の物性を有する系専用の濡れ性データベースを作成する場合には、必ずしも濡れ性データベースに含まれる必要はない。
【００６７】
濡れ性パラメータとしての接触角は、濡れ性に平衡接触角モデルを使用する場合には常に平衡接触角となる。一方、接触角履歴モデルを使用する場合において、接触線の移動速度ベクトルが液相側から気相側に向いているときには前進接触角が使用され、気相側から液相側に向いているときには後退接触角が使用される。
【００６８】
以下、本発明のシミュレーション方法をステップごとに説明する。
【００６９】
（第１のステップ）
第１のステップでは、解析対象であるパターン形成面Ｐがモデル化された解析面Ａ上で、パターン軸方向Ｄｐが、このパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の形状に対応して設定される。パターン形成面Ｐが複数のセルＣに分割される場合には、解析面Ａも複数の解析セルＣａごとにパターン軸方向Ｄｐが設定される（図３Ｂ）。
【００７０】
（第２のステップ）
第２のステップでは、解析面Ａ上にモデル化された複数の液滴が配置される。液滴は、解析面Ａ上のドロップサイト（ｍ×ｎの格子状に分割された領域）ごとに配置される。整数ｍおよびｎは、液滴配置手段の解像度を規定する要素（例えばインクジェットヘッドのヘッドピッチおよび吐出周期等）との関係から分割可能な最大数とする。液滴は、同一のドロップサイトに２以上の液滴を配置してもよい。この場合、当該ドロップサイトにおける液滴の量が他のドロップサイトにおける液滴の量に比して多いものとして取り扱われる。このドロップサイトは、前述の計算格子および解析セルとは別個の概念である。
【００７１】
（第３のステップ）
第３のステップでは、濡れ性パラメータを取得するために前述の濡れ性データベースが参照される。
【００７２】
（第４のステップ）
第４のステップでは、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の仕様に対応する濡れ性パラメータが濡れ性データベースに基づいて取得される。まず、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１について、凸部２の幅Ｗｐ、凸部同士の間隔Ｗｒ、凸部２の高さＨおよび凸部２の長さＬのそれぞれの平均値が算出される。このそれぞれの平均値が凹凸パターン１の仕様となる。そして、得られた凹凸パターン１の仕様に対応する濡れ性パラメータが濡れ性データベース中から検索されて解析面Ａに設定される。なお、パターン形成面Ｐが複数のセルＣに分割されている場合には、セルＣごとに上記それぞれの平均値が算出され、セルＣごとに濡れ性パタメータが設定される。これにより、当該解析面Ａに濡れ性分布が設定される。
【００７３】
解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の仕様と一致する仕様のデータが濡れ性データベース中に含まれていない場合には、最も近似する仕様に対応する濡れ性パラメータを取得したり、近似するいくつかの仕様にそれぞれ対応する濡れ性パラメータから近似値（例えば平均値）を算出したりすることができる。
【００７４】
第１のステップと、第２のステップと、第３および第４のステップの組み合わせについては、相互に順番を入れ替えることが可能である。
【００７５】
（第５のステップ）
第５のステップでは、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１が液滴の濡れ広がりに与える影響を解析面Ａにおける濡れ性として取り扱って、取得した濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析により、解析面Ａ上での複数の液滴の濡れ広がりおよび合一が解析される。
【００７６】
気液二相流解析は例えば以下のように実施される。
【００７７】
液滴の濡れ広がりおよび合一の予測においては、液体および気体の界面（気液界面）の挙動が３次元の気液二相流解析を用いて予測される。気液二相流解析の計算手法としては、例えばＭＡＣ法（Marker and Cell method）、ＡＬＥ法(Arbitrary La-grangian Eulerian method)およびＶＯＦ法（Volume of Fluid method）等の種々の手法を採用することができる。以下では例としてＶＯＦ法を用いて解析を行う場合について説明する。
【００７８】
解析においては、解析空間に流体率ｆなる値を仮定する。流体率ｆは、図４に示すように、解析空間で気体または真空が占める領域（気相）においてｆ＝０．０、液体が占める領域（液相）においてｆ＝１．０の値を持ち、解析空間の各位置における液相の割合を示す値である。ＶＯＦ法による気液二相流解析では、まず解析空間において、気液界面における表面張力Ｆs、重力Ｇ、その他の外力Ｆextを作用させた下記式（３）のNavier-Stokes方程式と、下記式（４）の連続の式から解析空間の各位置における流体速度ｕおよび圧力ｐが計算される。
【００７９】
【数３】
0005599356.tif 000005
【００８０】
式（３）において、ρは各位置における流体密度、μは各位置における流体の粘性係数である。
【００８１】
また、本実施形態では、非圧縮流体を仮定した。次に、流体速度ｕにより液体および気体が輸送されると考え、下記式（５）の流体率ｆの輸送方程式を解き、解析空間における流体率ｆの分布が計算される。
【００８２】
【数４】
0005599356.tif 000006
【００８３】
また、流体密度ρおよび粘性係数μは、流体率ｆ、気体の密度ρg、液体の密度ρl、気体の粘性係数μg、液体の粘性係数μlから、下記式（６）および（７）を用いて算出される。
【００８４】
【数５】
0005599356.tif 000007
【００８５】
時刻ｔごとに上記の解析を行うことで、解析空間における液相の時間的変化を予測することができる。上記式（３）のNavier-Stokes方程式に含まれる表面張力Ｆsの計算にはＣＳＦ(Continuum Surface Force)モデルを仮定する。このモデルにより、下記式（８）および（９）を用いて流体率ｆの分布から表面張力Ｆsを体積力として計算することができる。
【００８６】
【数６】
0005599356.tif 000008
【００８７】
式（８）において、σは液体の表面張力係数であり、〈ρ〉は各位置における液体密度と気体密度の平均値である。κは気液界面の曲率であり、気液界面の法線ベクトルｎを用いて式（９）によって得られる。
【００８８】
以上のように、式（３）〜（８）を基本方程式系として、気液二相流解析が行われ、気液界面の動的挙動を予測することができる。実際の数値解析においては、前述したように解析空間が複数の計算格子に分割され、有限体積法によって上記方程式系が離散化されて計算が行われる。
【００８９】
複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測するためのシミュレーション方法においては、解析面Ａ上における固体、液体および気体の三相界面、すなわち接触線の挙動の再現が重要である。本発明では、接触線の挙動解析において、パターン形成面に起因する液滴の濡れ広がりの異方性が考慮されている。これは、解析面Ａ上の上記異方性に応じて濡れ性パラメータに分布を持たせることにより実現される。前述の気液二相流解析においては、固液間の濡れ性は解析面Ａ上の境界条件としてモデル化されている。本実施形態では、図５に示されるように、濡れ性パラメータとして接触角θcを取り扱い、パターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の影響を接触角に基づく濡れ性として取り扱うモデルを導入している。
【００９０】
シミュレーション条件として、解析面Ａと液滴との間に接触角が設定される。一般的な解析方法では、シミュレーションの各時刻において、接触線上の位置に関わらず、接触線上における気液界面の法線ベクトルｎaと解析面Ａの法線ベクトルｎbとのなす角が設定した一定の接触角θcになるように、気液界面の法線ベクトルｎaが修正されることで流体率ｆの輸送に濡れ性が反映される。気液界面の法線ベクトルとは、液滴の表面に垂直な単位ベクトルであって気体側へ向くベクトルを意味する（図５）。解析面の法線ベクトルとは、解析面に垂直な単位ベクトルであって液体側または気体側へ向くベクトルを意味する（図５）。
【００９１】
しかし、本発明では、接触線の挙動解析において、パターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１に起因する液滴の濡れ広がりの異方性を考慮するために、接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向Ｄｐとの関係で接触線における接触角が設定される。具体的には、図６に示されるように、濡れ性データベースから取得できる接触角θcpおよび接触角θcvを用いて、接触線ＣＬ上のそれぞれの位置における接触角θcは下記式（１）によって求められる。なお、図６に示されるＶｐはパターン軸方向Ｄｐと平行な接触線ＣＬの法線ベクトル方向を表し、Ｖｖはパターン軸方向Ｄｐと垂直な接触線ＣＬの法線ベクトル方向を表す。
【００９２】
【数７】
0005599356.tif 000009
【００９３】
式（１）において、φは、接触線ＣＬ上のそれぞれの位置におけるこの接触線ＣＬの法線ベクトル方向Ｖｃとパターン軸方向Ｄｐとの成す角を表す。
【００９４】
そして、接触線ＣＬ上のそれぞれの位置において、気液界面の法線ベクトルｎaと解析面Ａの法線ベクトルｎbとの成す角が上記接触角θcになるように、上記気液界面の法線ベクトルｎaを修正することにより、取得した濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析が行われる。
【００９５】
（第６のステップ）
第６のステップでは、第５のステップによる解析結果が、複数の液滴による合一膜の高さ分布として出力される。この高さ分布を参照することにより、複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測することが可能となる。
【００９６】
「シミュレーション方法、シミュレーションプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の第２の実施形態」
次に、本発明のシミュレーション方法等の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第７のステップをさらに備えて、複数の液滴の配置を最適化するように解析を行う点が主に第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明は特に必要のない限り省略する。
【００９７】
図７は、本実施形態のシミュレーション方法の工程を示すブロック図である。
【００９８】
本実施形態のシミュレーション方法は、微細な凹凸パターン１により規定されるパターン形成面Ｐであって液滴の濡れ広がりに異方性を生じせしめるパターン形成面Ｐに配置された複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測するためのシミュレーション方法であって、必須のパラメータとして、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の仕様と、このパターン形成面Ｐに配置される液滴の材料の密度、粘性係数および表面張力とを取得し、選択可能なパラメータとして、凹凸パターン１を構成する材料からなる平面上でのその液滴の接触角、または、その液滴の材料と凹凸パターン１を構成する材料との間の界面張力および凹凸パターン１を構成する材料の表面張力の組み合わせを取得した後、解析対象であるパターン形成面Ｐがモデル化された解析面Ａ上で、このパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の形状に対応してパターン軸方向Ｄｐを設定する第１のステップと、解析面Ａ上にモデル化された複数の液滴であって下記式（２）により決まる最大個数ｎdrop以下の個数ｎinitの液滴を上記複数の液滴として配置する第２のステップと、基準となる複数のパターン形成面のそれぞれにおける濡れ性を示す濡れ性パラメータであって、この複数のパターン形成面をそれぞれ規定する凹凸パターンの仕様ごとに対応した濡れ性パラメータを構成要素に含む濡れ性データベースを参照する第３のステップと、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１の仕様に対応する濡れ性パラメータを濡れ性データベースに基づいて取得する第４のステップと、解析対象であるパターン形成面Ｐを規定する凹凸パターン１が液滴の濡れ広がりに与える影響を解析面Ａにおける濡れ性として取り扱って、取得した濡れ性パラメータが組み込まれた気液二相流解析により、解析面Ａ上での複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を解析する第５のステップと、この第５のステップによる解析結果を、複数の液滴による合一膜の高さ分布として出力する第６のステップと、第６のステップで得られた高さ分布に基づいて、この高さ分布の中に高さが所定の閾値高さと一致しない部分がある場合に、複数の液滴の解析面Ａ上での配置を調整し、および／または、最大個数ｎdropを超えない範囲で複数の液滴の個数を増加させる第７のステップとを備え、配置が調整されおよび／または個数が増加された複数の液滴について、第５のステップから第７のステップまでを、高さ分布の中に高さが上記所定の閾値高さと一致しない部分がなくなるまで繰り返し実施して、複数の液滴の配置を最適化するものである。
【００９９】
【数８】
0005599356.tif 000010
【０１００】
式（２）において、Ｖfilmは解析面Ａ上に形成しようとする所望の合一膜の体積を表し、ｖdropは液滴１つ当たりの体積を表し、intは括弧内の数値の小数点以下を切り捨てることを表す。
【０１０１】
また、本実施形態のシミュレーションプログラムおよびそのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上記に記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させるものである。
【０１０２】
複数の液滴の濡れ広がりおよび合一を予測する場合には、凹凸パターン１上に形成したい合一膜の体積が予め決定されている場合もありうる。この場合、パターン形成面Ｐ上に配置する液滴の個数が、液滴の配置手段（例えばインクジェットヘッド）の吐出量との関係で決まる。そこで、本実施形態のシミュレーション方法は、所望の合一膜の体積と吐出される液滴１つ当たりの体積との関係から式（２）により決まる個数ｎdropの液滴の配置を最適化するものである。これにより、合一膜を形成する上で残留気体による欠陥となる領域、つまり気相と解析面Ａとが接触する領域を最小化する液滴配置を予測することが可能となる。
【０１０３】
例えば、図８に示されるように、微細な凹凸パターンが形成された表面を有するモールドを用いて、インクジェット法によりナノインプリントを実施し、パターン転写されたレジスト膜を形成する場合を考える。解析対象であるモールドの凹凸パターンの凹部の幅、深さ、長さおよび個数をそれぞれ、Ｗｒ、Ｈ、ＬおよびＮとし、解析面Ａの面積をＳとし、硬化後のレジスト膜の解析面Ａからの高さ（ナノインプリントにおいて、いわゆる残膜の厚さに相当する）をｈとすると、液滴の所望の合一膜５（つまり硬化前のレジスト膜）の体積Ｖfilmは下記式（１０）により得られる。
【０１０４】
【数９】
0005599356.tif 000011
【０１０５】
式（１０）において、αは硬化に伴うレジスト膜の収縮率を表す。
【０１０６】
シミュレーション解析によって、残留気体による欠陥を最小化する液滴配置を予測する場合、液滴の初期配置からの修正が重要となる。この液滴の初期配置からの修正は、特に本実施形態における第７のステップにより実現される。
【０１０７】
（第２のステップ）
本実施形態における第２のステップでは、解析面Ａ上にモデル化された複数の液滴であって式（２）により決まる最大個数ｎdrop以下の個数ｎinitの液滴が初期配置される。初期配置後の段階で液滴の足りない領域に液滴を柔軟に配置するための液滴を残しておくために、最大個数ｎdropよりも少ない個数ｎinitの液滴を最初に配置するようにしてもよい。初期配置の段階では、配置は特に限定されず、例えば解析面Ａ上のドロップサイトに均等に配置される。
【０１０８】
（第７のステップ）
第７のステップでは、第６のステップで得られた高さ分布に基づいて、この高さ分布の中に高さが所定の閾値高さと一致しない部分がある場合に、複数の液滴の解析面Ａ上での配置が調整され、および／または、最大個数ｎdropを超えない範囲で複数の液滴の個数が増加される。上記所定の閾値高さは液滴の所望の合一膜の解析面からの高さである。「高さ分布の中に高さが所定の閾値高さと一致しない部分」とは、当該部分の高さが解析の精度の観点から所定の閾値高さと実質的に一致することをいう。実質的な一致の範囲は、必要とする解析の精度によるが、例えば所定の閾値高さを中心とした±１０％の範囲であることが好ましい。
【０１０９】
第２のステップで初期配置が決定したら、その後第３のステップから第６のステップが実行され、気液二相流解析により液滴の濡れ広がりおよび合一のシミュレーションが実施される。シミュレーション解析の結果から、解析空間内における合一膜の高さ分布を得ることができ、この高さ分布から各位置における気液界面の高さおよび残留気体による欠陥を見積もることができる。
【０１１０】
所望の均一な合一膜を形成するためには、上記勾配（膜厚のムラに相当する）および上記欠陥をなくすように、複数の液滴の配置を調整し、複数の液滴の個数を増加させることが重要となる。
【０１１１】
液滴の配置の修正は、例えば図９に示されるように実施される。まず、第２のステップにより個数ｎinitの液滴がドロップサイトＤＳに初期配置された後（図９ａ）、第３から第６の各ステップが実施され、所望する充填時間が経過するまでまたは界面分布が準定常状態になるまで解析が実施される（図９ｂ）。このとき第６のステップで得られた高さ分布に基づいて、解析面Ａ上で高さが所定の閾値高さよりも高い領域と、解析面Ａ上で高さが所定の閾値高さよりも低い領域とを検出する。高さが所定の閾値高さよりも高い領域では液滴が過剰であることを表し、低い領域では液滴が不足していることを表す。したがって、これらの領域における気液界面の高さを調整するため、高さが所定の閾値高さよりも高い領域に関して、その領域近傍のドロップサイトＤＳａに配置された液滴６ａを移動させまたは除去することにより複数の液滴の配置を調整し、一方高さが所定の閾値高さよりも低い領域に関して、その領域近傍のドロップサイトＤＳｂに液滴６ｂを追加することにより複数の液滴の個数を増加させる（図９ｃ）。
【０１１２】
高さが所定の閾値高さよりも高い領域に関して、気液界面の勾配に応じて液滴６ａを移動させまたは除去することが好ましい。例えば、気液界面の勾配がある閾値よりも大きいときは、界面勾配ベクトル方向(界面高さの極小に向かう方向)の隣接するドロップサイトに対象の液滴を移動する。また勾配が閾値よりも小さい(極大近傍にある)場合や、移動先のドロップサイトに液滴がすでに配置されている場合は、対象の液滴をドロップサイトより除去する。
【０１１３】
高さが所定の閾値高さよりも低い領域に関して、全体の液滴の個数が最大個数ｎdropになるまで、残留気体の欠陥の大きい順に液滴の個数を増加させることが好ましい。
【０１１４】
（液滴配置の最適化）
そして、上記のように配置が調整されおよび／または個数が増加された複数の液滴について、第５のステップから第７のステップまでを、高さ分布の中に高さが上記所定の閾値高さと一致しない部分がなくなるまで繰り返し実施して、複数の液滴の配置が最適化される。高さ分布の中に高さが上記所定の閾値高さと一致しない部分がなくなった段階では、液滴の個数は最大個数ｎdropとなる。最後に行った第５のステップによる解析結果として得られた複数の液滴の配置が、当該解析における最適化された液滴配置となる。
【０１１５】
（液滴配置パターン）
上記のように第１のステップから第７のステップまでの各ステップを必要な回数だけ実施して、最後に行った第５のステップによる解析結果として得られた最適化された複数の液滴の配置に基づいて、液滴配置パターンが作成される。この液滴配置パターンは、インクジェット等により液滴を配置する際の基準として使用される。
【０１１６】
「ナノインプリント方法、パターン化基板の製造方法およびインクジェット装置の実施形態」
以下、本発明のシミュレーション方法を利用したナノインプリント方法、パターン化基板の製造方法およびインクジェット装置の実施形態について説明する。
【０１１７】
本実施形態のナノインプリント方法は、上記に記載のシミュレーション方法により作成された液滴配置パターンに従って、後述するインクジェット装置により被加工基板の加工対象である表面上に、レジストからなる複数の液滴を配置し、解析対象であるパターン形成面を有するモールドを用いて、このパターン形成面と加工対象である上記表面とを対向させながら、この表面に配置された複数の液滴にモールドを押し付けて、レジスト膜を形成し、このレジスト膜を硬化させた後、このレジスト膜からモールドを剥離することを特徴とするものである。
【０１１８】
さらに、本実施形態に係るパターン化基板の製造方法は、上記に記載のナノインプリント方法により、モールドの凹凸パターンが転写された硬化性樹脂からなるレジスト膜を被加工基板上に形成し、このレジスト膜をマスクとしてドライエッチングを行って、このレジスト膜に転写された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを被加工基板に形成してパターン化基板を得ることを特徴とするものである。
【０１１９】
さらに、本実施形態に係るインクジェット装置１０は、図１０から１２に示されるように、上記に記載のシミュレーション方法をコンピュータに実行させるためのシミュレーションプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体１０１を備えたことを特徴とするものである。
【０１２０】
（モールド）
本実施形態で使用するモールドは、例えば以下の手順により製造することができる。まず、Ｓｉ基材上に、スピンコートなどでノボラック系樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のアクリル樹脂などを主成分とするフォトレジスト液を塗布し、フォトレジスト層を形成する。その後、Ｓｉ基材にレーザー光（又は電子ビーム）を所望の凹凸パターンに対応して変調しながら照射し、フォトレジスト層表面に凹凸パターンを露光する。その後、フォトレジスト層を現像処理し、露光部分を除去して、除去後のフォトレジスト層のパターンをマスクにしてＲＩＥなどにより選択エッチングを行い、所定の凹凸パターンを有するＳｉモールドを得る。
【０１２１】
本発明のインプリント方法で用いられるモールドは、レジストとモールド表面との剥離性を向上させるために離型処理を行ったものを用いてもよい。離型処理に使用される離型剤としては、フッ素系のシランカップリング剤、および、例えばダイキン工業株式会社製のオプツールＤＳＸや住友スリーエム株式会社製のＮｏｖｅｃ ＥＧＣ-１７２０等の市販の離型剤を好適に用いることができる。一方、本実施形態ではＳｉモールドを用いた場合について説明するが、モールドはこれに限られず、石英モールドを用いることも可能である。この場合、石英モールドは上記のＳｉモールド製造法と同様の方法や、後述する基板の加工方法等により製造することができる。
【０１２２】
（レジスト）
レジストは、特に制限されるものではないが、本実施形態では例えば重合性化合物に、光重合開始剤（２質量％程度）、フッ素モノマー（０．１〜１質量％）を加えて調製されたレジストを用いることができる。
【０１２３】
また、必要に応じて酸化防止剤（１質量％程度）を添加することもできる。上記の手順により作成したレジストは波長３６０ｎｍの紫外光により硬化することができる。溶解性の悪いものについては少量のアセトンまたは酢酸エチルを加えて溶解させた後、溶媒を留去することが好ましい。
【０１２４】
上記重合性化合物としては、ベンジルアクリレート（ビスコート＃１６０：大阪有機化学株式会社製）、エチルカルビトールアクリレート（ビスコート＃１９０：大阪有機化学株式会社製）、ポリプロピレングリコールジアクリレート（アロニックスＭ−２２０：東亞合成株式会社製）、トリメチロールプロパンＰＯ変性トリアクリレート（アロニックスＭ−３１０：東亞合成株式会社製）等の他、下記構造式（１）で表される化合物等を挙げることができる。
【０１２５】
構造式（１）：
【化１】
0005599356.tif 000012
【０１２６】
また、上記光重合開始剤としては、２-(ジメチルアミノ)-２-[(４-メチルフェニル)メチル]-１-[４-(４-モルホリニル)フェニル]-１-ブタノン（ＩＲＧＡＣＵＲＥ ３７９：豊通ケミプラス株式会社製）等のアルキルフェノン系光重合開始剤を挙げることができる。
【０１２７】
また、上記フッ素モノマーとしては、下記構造式（２）で表される化合物等を挙げることができる。
【０１２８】
構造式（２）：
【化２】
0005599356.tif 000013
【０１２９】
本発明において、レジスト材料の粘度は８〜２０ｃＰであり、レジスト材料の表面エネルギーは２５〜３５ｍＮ／ｍである。ここで、レジスト材料の粘度は、ＲＥ−８０Ｌ型回転粘度計（東機産業株式会社製）を用い、２５±０．２℃で測定した値である。測定時の回転速度は、０．５ｃＰ以上５ｃＰ未満の場合は１００ｒｐｍとし、５ｃＰ以上１０ｃＰ未満の場合は５０ｒｐｍとし、１０ｃＰ以上３０ｃＰ未満の場合は２０ｒｐｍとし、３０ｃＰ以上６０ｃＰ未満の場合は１０ｒｐｍとした。また、レジスト材料の表面エネルギーは、“UV nanoimprint materials: Surface energies, residual layers, and imprint quality”, H. Schmitt, L. Frey, H. Ryssel, M. Rommel, C. Lehrer, J. Vac. Sci. Technol. B, Volume 25, Issue 3, 2007, Pages 785-790.に記載の方法を用いた。具体的には、ＵＶオゾン処理をしたＳｉ基板と、オプツールＤＳＸ（ダイキン株式会社製）により表面処理をしたＳｉ基板の表面エネルギーをそれぞれ求め、両基板に対するレジスト材料の接触角からレジスト材料の表面エネルギーを算出した。
【０１３０】
（被加工基板）
被加工基板は、Ｓｉモールドに対してはレジストへの露光を可能とするために石英基板が好ましい。石英基板は、光透過性を有していれば、特に制限されることなく目的に応じて適宜選択される。また、表面がシランカップリング剤で被覆された石英基板を使用することもできる。さらに、表面に１層以上の積層構造を有するマスク層が形成された石英基板を使用することもできる。マスク層を構成する各層の材料は、特にクロム、タングステン、チタン、ニッケル、銀、白金、金などからなる金属、並びにこれらの酸化物および窒化物が好ましい。さらにマスク層は、クロム、クロム酸化物またはクロム窒化物を含有する層を少なくとも１層有することが好ましい。マスク層の厚みは、通常３０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下にする。３０ｎｍを超えるとＵＶ透過性が低下し、レジストの硬化不良が起こりやすいためである。なお、マスク層の表面をシランカップリング剤により被覆することもできる。
【０１３１】
上記「光透過性を有する」とは、具体的には、被加工基板のレジスト膜が形成される一方の面から光が出射するように基板の他方の面から光が入射した場合において、レジスト膜が十分に硬化できる程度の光が透過することを意味し、波長２００ｎｍ以上の光の透過率が５％以上であることを意味する。
【０１３２】
石英基板の厚みは、通常０．３ｍｍ以上が好ましい。石英基板の厚さが０．３ｍｍ未満では、ハンドリングやインプリント中の押圧で破損しやすい。なお石英は溶融石英であることが好ましい。
【０１３３】
一方、被加工基板は、石英モールドに対しては、その形状、構造、大きさ、材質等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。形状としては、例えば、情報記録媒体である場合には、円板状である。構造としては、単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。材質としては、基板材料として公知のものの中から、適宜選択することができ、例えば、シリコン、ニッケル、アルミニウム、ガラスおよび樹脂等が挙げられる。これらの基板材料は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。被加工基板は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。被加工基板の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、０．０５ｍｍ以上が好ましく、０．１ｍｍ以上がより好ましい。基板の厚みが０．０５ｍｍ未満であると、モールドとの密着時に被加工基板側に撓みが発生し、均一な密着状態を確保できない可能性があるためである。
【０１３４】
（レジストの液滴配置方法）
レジストの液滴配置方法としてはインクジェット法やディスペンス法など所定の量の液滴を被加工基板またはモールド上の所定の位置に配置できる方法を用いる。
【０１３５】
被加工基板上にレジストの液滴を配置する際は、所望の液滴量に応じてインクジェットプリンターまたはディスペンサーを使い分けても良い。例えば、液滴量が１００ｎｌ未満の場合はインクジェットプリンターを用い、1００ｎｌ以上の場合はディスペンサーを用いるなどの方法がある。
【０１３６】
レジストをノズルから吐出するインクジェットヘッドには、ピエゾ方式、サーマル方式、静電方式などが挙げられる。これらの中でも、液適量（配置された液滴１つ当たりの量）や吐出速度の調整が可能なピエゾ方式が好ましい。被加工基板上にレジストの液滴を配置する前には、あらかじめ液滴量や吐出速度を設定及び調整する。例えば、液適量は、モールドの凹凸パターンの空間体積が大きい領域に対応する被加工基板上の位置では多くしたり、モールドの凹凸パターンの空間体積が小さい領域に対応する被加工基板上の位置では少なくしたりして調整することが好ましい。このような調整は、液滴吐出量（吐出された液滴１つ当たりの量）に応じて適宜制御される。具体的には、液滴量を５ｐｌと設定する場合には、液滴吐出量が１ｐｌであるインクジェットヘッドを用いて同じ場所に５回吐出するように、液滴量を制御する。液滴量は、例えば事前に同条件で同じ材質の基板上に吐出した液滴の３次元形状を共焦点顕微鏡等により測定し、その形状から体積を計算することで求められる。
【０１３７】
上記のようにして液滴量を調整した後、所定の液滴配置パターンに従って、被加工基板上に液滴を配置する。液滴配置パターンは、本発明のシミュレーション方法に基づき作成される。
【０１３８】
（モールドとレジストの接触工程）
モールドとレジストを接触する前に、モールドと被加工基板間の雰囲気を減圧または真空雰囲気にすることで残留気体を低減する。ただし、高真空雰囲気下では硬化前のレジストが揮発し、均一な膜厚を維持することが困難となる可能性がある。そこで、好ましくはモールドと被加工基板間の雰囲気を、Ｈｅ雰囲気または減圧Ｈｅ雰囲気にすることで残留気体を低減する。Ｈｅは石英基板を透過するため、取り込まれた残留気体（Ｈｅ）は徐々に減少する。Ｈｅの透過には時間を要すため減圧Ｈｅ雰囲気とすることがより好ましい。減圧雰囲気は、１〜９０ｋＰａであることが好ましく、１〜１０ｋＰａが特に好ましい。
【０１３９】
モールドおよびレジストが塗布された被加工基板は、所定の相対位置関係となるように両者が位置合わせされた後に接触させられる。位置合わせにはアライメントマークを用いることが好ましい。アライメントマークは光学顕微鏡やモアレ干渉法等で検出可能な凹凸パターンで形成される。位置合わせ精度は好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下、更に好ましくは１００ｎｍ以下である。
【０１４０】
（モールドの押付け工程）
モールドの押し付け圧は、１００ｋＰａ以上、１０ＭＰａ以下の範囲で行う。圧力が大きい方が、レジストの流動が促進され、また残留気体の圧縮、残留気体のレジストへの溶解、石英基板中のＨｅの透過も促進し、除去率向上に繋がる。しかし、加圧力が強すぎるとモールド接触時に異物を噛みこんだ際にモールドおよび被加工基板を破損する可能性がある。よって、モールドの押し付け圧は、１００ｋＰａ以上、１０ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは１００ｋＰａ以上、５ＭＰａ、更に好ましくは１００ｋＰａ以上、１ＭＰａ以下となる。１００ｋＰａ以上としたのは、大気中でインプリントを行う際、モールドと被加工基板間が液体で満たされている場合、モールドと被加工基板間が大気圧（約１０１ｋＰａ）で加圧されているためである。
【０１４１】
（モールドの剥離工程）
モールドを押し付けてレジスト膜を形成した後、モールドをレジスト膜から剥離する。剥離させる方法としては、例えばモールドまたは被加工基板のどちらかの外縁部を保持し、他方の被加工基板またはモールドの裏面を吸引保持した状態で、外縁の保持部もしくは裏面の保持部を押圧と反対方向に相対移動させることで剥離させる方法が挙げられる。
【０１４２】
（インクジェット装置）
図１０は、インクジェット法を用いてレジストを離散的に配置するレジスト配置装置としてのインクジェット塗布装置の概略構成を示す斜視図である。
【０１４３】
図１０に示すように、本実施形態のインクジェット塗布装置１０は、支持台１２上に垂直に立てられた２本の支柱１４の間に渡した梁１６に沿って移動するヘッド保持移動手段１８の下部先端に回転可能なステージを介して取り付けられたインクジェットヘッド２０、同じくヘッド保持移動手段１８に取り付けられたワークアライメント手段２２、支持台１２上に設けられ、その上に半導体等の基板であるワーク２６を載置するワーク保持移動手段２４、インクジェットヘッド２０のノズル面を観察するノズル面観察手段２８、吐出状態観察手段３０（３０ａ、３０ｂ）、及びインクジェットヘッド２０のノズル面をメンテナンスするメンテナンス手段３２等を含んで構成されている。
【０１４４】
ヘッド保持移動手段１８は、その先端部にインクジェットヘッド２０を保持し、インクジェットヘッド２０を、梁１６に沿った方向に移動させる移動手段、インクジェットヘッド２０からの吐出方向を中心とした回転移動をさせる回転ステージ、吐出方向（図中の座標系の上下方向）に移動させる移動手段を備えている。インクジェットヘッド２０を吐出方向に移動させることにより、インクジェットヘッド２０から吐出されたレジスト（以後、単にレジストという場合もある）がワーク２６に着弾するまでの飛翔距離を調整することができる。また、梁１６に沿った方向に移動させたり回転移動させたりすることによっても、ワーク２６上に着弾するレジストの着弾間隔を調整することが可能である。
【０１４５】
梁１６に沿った方向への移動手段や吐出方向への移動手段のように直線的な動きをする場合の移動手段としては、リニアモータ等が好適に例示される。また正確な移動制御を行うために位置検出手段としてリニアエンコーダを備えている。また、回転手段としては、ステッピングモータ等を用いることができ、これにも位置検出手段としてエンコーダが設置されている。
【０１４６】
インクジェットヘッド２０は、ノズルからレジストを吐出するものである。インクジェットヘッド２０の駆動方式は特に限定されるものではなく、ピエゾ方式、サーマル方式あるいは静電方式など様々な方式を採用することができる。しかし、ナノインプリント用のレジストを吐出する本実施形態の場合には、液滴量や吐出速度の調整が容易なピエゾ方式が好ましい。本実施形態では、ピエゾ方式を採用する。また、詳しくは後述するが、ピエゾ（圧電素子）アクチュエータを駆動する駆動波形（電圧波形）をレジスト中のポリマー含有量に応じて様々に調整することにより、レジストの吐出速度、吐出体積及びワーク２６上への着弾位置等が調整される。
【０１４７】
また、インクジェットヘッド２０に対してレジストを供給するレジスト供給系については後述する。
【０１４８】
ワークアライメント手段２２は、ワーク（基板）２６の位置調整を行うために、その位置検出を行うものである。ワークアライメント手段２２は、ワーク２６のアライメントを検出するアライメントカメラ、及びダミーワークに対して位置検出のために着弾させたレジストの着弾位置を検出する着弾位置検出カメラ等を備えている。
【０１４９】
ワーク保持移動手段２４は、ワーク２６を吸着、保持して移動するものであり、ワーク２６を吸着する手段を備えている。吸着手段の吸着方法は特に限定されるものではなく、真空吸着でも静電吸着でも良い。また、ワーク保持移動手段２４は、ワーク２６を保持して第１の方向とそれに直交する第２の方向（ｘ−ｙ方向）に移動するリニアモータ等の移動手段と、位置検出手段としてリニアエンコーダを備えている。また、ワーク保持移動手段２４は、ワーク２６を保持して、インクジェットヘッド２０の吐出方向と平行なワーク法線方向を中心に回転可能なステッピングモータ等の回転手段と、位置検出のためのエンコーダを備えている。
【０１５０】
ノズル面観察手段２８は、インクジェットヘッド２０のノズル面を観察することでメンテナンスが必要かどうかの判断やヘッド交換の判断等に利用するものである。ノズル面観察手段２８は、ノズル状態を観察するための光源及びレンズ、カメラを備えている。ノズル面を観察する場合には、ヘッド保持移動手段１８によりインクジェットヘッド２０をノズル面観察手段２８の真上に移動させる。
【０１５１】
吐出状態観察手段３０（３０ａ、３０ｂ）は、インクジェットヘッド２０のノズルから吐出されたレジストの飛翔状態を観察するためのものである。吐出状態観察手段３０は、飛翔状態を観察するための光源、レンズ及びカメラを備えている。
【０１５２】
すなわち、吐出状態観察手段３０は、発光手段（光源）３０ａが発光した検出光を受光手段（カメラ）３０ｂで受光し、検出光の中を飛翔するレジストによる光の変化を検出して吐出状態を観察し、吐出速度を計測する。吐出状態を観察する場合には、検出光の中をレジストが飛翔するように、吐出状態観察手段３０またはインクジェットヘッド２０を移動して観察する。
【０１５３】
メンテナンス手段３２は、インクジェットヘッド２０の状態を良好に保つためのものである。そのため、メンテナンス手段３２は、ノズル面に付着したレジスト等のクリーニングのためのワイパーやノズル内のレジストが乾燥するのを防止するためのキャップ等を備えている。また、キャップは、ノズルからレジストを吸引してインクジェットヘッド２０内の気泡等の異物を除去するときのキャップとしても利用される。
【０１５４】
図１１は、レジスト供給系の構成を示す概略図である。
【０１５５】
図１１に示すように、本実施形態のレジスト供給系は、レジストを貯蔵するレジスト供給タンク５０からインクジェットヘッド２０にレジストを供給するためのものであり、各部は管路（チューブ）で繋がれている。
【０１５６】
レジスト供給タンク５０は、インクジェットヘッド２０にレジストを供給するための基タンクであり、加熱冷却手段（温調手段）５２と温度センサ５４が設置されている。また、レジスト供給タンク５０の下流に、レジストを汲み上げインクジェットヘッド２０に送液するためのポンプ５６が設けられている。
【０１５７】
また、レジスト供給タンク５０とインクジェットヘッド２０を繋ぐ管路の途中には、ポリマー（不純物）を取り除くフィルタ５８及び気泡、溶存気体を除去するための脱気装置６０が設けられている。フィルタ５８は、特に限定されないが、超高分子量ポリエチレン（ＵＰＥ）メンブレン、ナイロンメンブレンが利用される。フィルタ５８のフィルタメッシュサイズはインクジェットヘッド２０のノズル径と同等もしくはノズル径以下とすることが好ましい。また、脱気装置６０には、液トラップ部６２とポンプ６４が接続されている。
【０１５８】
また、脱気装置６０とインクジェットヘッド２０とを結ぶ管路Ａにはサブタンク６６が設けられるとともに、サブタンク６６を迂回するもう一つの管路Ｂが設けられており、管路Ｂにはポンプ６８が設置されている。また、管路Ａ及び管路Ｂにはそれぞれ弁７０及び７２が設けられ、弁７０及び７２を開閉制御することにより管路Ａと管路Ｂを切り換えることができるようになっている。通常の描画時には、弁７０を開き弁７２を閉じて管路Ａからレジストを供給し、初期充填時やパージ時には、弁７０を閉じ弁７２を開いて管路Ｂを通すようにする。
【０１５９】
サブタンク６６内には膜６７があり、膜６７の上側の空間に弁７４を介してポンプ７６でエアーを供給・吸引して膜６７上部空間の圧力を制御することにより膜６７の下側のレジストの圧力を制御するようになっている。これにより、ノズル内のレジストのメニスカス圧力を調整することができる。また、サブタンク６６には、レジストの圧力を検出するための圧力センサ８０が設けられている。
【０１６０】
このように、膜６７を有し、弁７４を介してポンプ７６が設置されたサブタンク６６は、ノズル内のレジストのメニスカス圧力を調整するメニスカス圧力調整手段の機能を有する。
【０１６１】
さらに、サブタンク６６には、加熱冷却手段（温調手段）７８及び温度センサ８２が設けられており、サブタンク６６とレジスト供給タンク５０とは、それぞれ独立して温度調整が可能なように構成されている。
【０１６２】
また、インクジェットヘッド２０にも、加熱冷却手段（温調手段）８４及び温度センサ８６が設けられており、ここでもレジストの温度制御が可能になっている。
【０１６３】
インクジェットヘッド２０に対して、ノズルの乾燥防止またはノズル近傍のレジスト粘度上昇を防止するための手段として、メンテナンス手段３２のキャップ８８が設けられている。キャップ８８は、必要に応じて所定の退避位置からインクジェットヘッド２０下方のメンテナンス位置に移動される。
【０１６４】
キャップ８８は、インクジェットヘッド２０のノズル面を覆うことができるようになっている。また図示を省略するがメンテナンス手段３２は、ノズル面を拭き取り清掃するクリーニングブレードを有している。
【０１６５】
描画中または待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、そのノズル近傍のレジスト粘度が上昇した場合、粘度が上昇して劣化したレジストを排出すべく、キャップ８８に向かって予備吐出が行われる。
【０１６６】
また、万一フィルタ５８や脱気装置６０によって取り残した気泡がノズル内に混入したり、ノズル内のレジスト粘度の上昇があるレベルを超えたりすると予備吐出ではレジストを吐出できなくなるため、その場合には、インクジェットヘッド２０のノズル面にキャップ８８を当て、吸引ポンプ９０でインクジェットヘッド２０内のレジストを吸引し、吸引除去したレジストを回収タンク９２に回収する。
【０１６７】
また、弁７０を閉じ弁７２を開いて管路Ｂを通す状態にして、ポンプ６８を稼働させてレジストをインクジェットヘッド２０に強制的に送り、ノズルからインクを排出（パージ）することで気泡等を取り除くことも出来る。
【０１６８】
ただし、このような吸引動作やパージ動作は、インクジェットヘッド２０内のレジスト全体に対して行われるため、レジスト消費量が大きい。従って、粘度上昇が少ない場合は、なるべく予備吐出を行うことが好ましい。なお、キャップ８８は、吸引手段として機能するとともに、予備吐出のレジスト受けとしても機能する。また、キャップ８８の内側が仕切り壁によってノズル列に対応した複数の領域に分割され、これら仕切られた各領域を選択的に吸引できる構成とすることが好ましい。
【０１６９】
図１２は、インクジェット装置の制御系のシステム構成を示す概略図である。
【０１７０】
インクジェット装置の制御系は、通信インターフェース（通信Ｉ／Ｆ）１０２、システムコントローラ１０４、画像メモリ１０６、プリント制御部１０８、ヘッドドライバ１１０、画像バッファメモリ１１２、レジスト供給制御部１１６、メンテナンス制御部１１８、観察制御部１２２、ロードアンロード制御部１２４、アライメント制御部１２６、モータ制御部１３０等を備えている。
【０１７１】
通信インターフェース１０２は、ホストコンピュータ１００から送られてくる後述する液滴配置パターン及びレジスト情報（粘度、表面エネルギー、等の物性値）を受信するインターフェース部である。通信インターフェース１０２には、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、イーサネット（登録商標）、無線ネットワークなどのシリアルインターフェースやセントロニクスなどのパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリを搭載してもよい。
【０１７２】
ホストコンピュータ１００から送出された液滴配置パターン及びレジスト情報は、通信インターフェース１０２を介してシステムコントローラ１０４に取り込まれ、一旦画像メモリ１０６に記憶される。画像メモリ１０６は、通信インターフェース１０２を介して入力された液滴配置パターン及びレジスト情報を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ１０４を通じて情報の読み書きが行われる。画像メモリ１０６は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなどの磁気媒体を用いてもよい。
【０１７３】
システムコントローラ１０４は、通信インターフェース１０２、画像メモリ１０６、プリント制御部１０８、ヘッドドライバ１１０等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ１０４は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ１００との間の通信制御、画像メモリ１０６の読み書き制御等を行うとともに、レジスト供給制御部１１６、メンテナンス制御部１１８、観察制御部１２２、ロードアンロード制御部１２４、アライメント制御部１２６、モータ制御部１３０等の各制御部を制御する制御信号を生成する。
【０１７４】
プリント制御部１０８は、システムコントローラ１０４の制御に従い、画像メモリ１０６内の液滴配置パターン及びレジスト情報から印字（描画）制御用の信号（駆動波形）を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（駆動波形）をヘッドドライバ１１０に供給する制御部である。
【０１７５】
プリント制御部１０８において所要の信号処理が施され、該液滴配置パターンに基づいてヘッドドライバ１１０を介してインクジェットヘッド２０のレジストの吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、ワーク２６上に着弾するレジストの所望の液滴サイズや液滴配置が実現される。
【０１７６】
プリント制御部１０８には画像バッファメモリ１１２が備えられており、プリント制御部１０８におけるレジスト情報処理時にレジスト情報やパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１１２に一時的に格納される。なお、図１２において、画像バッファメモリ１１２はプリント制御部１０８に付随する態様で示されているが、画像メモリ１０６と兼用してもよい。さらに、プリント制御部１０８とシステムコントローラ１０４とを統合して一つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【０１７７】
ヘッドドライバ１１０は、プリント制御部１０８から与えられる駆動波形に基づいてインクジェットヘッド２０を駆動し、インクジェットヘッド２０からレジストを吐出する。ヘッドドライバ１１０には、ヘッドの駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでもよい。
【０１７８】
レジスト供給制御部１１６は、レジスト供給部１１４（図１１に示すレジスト供給系）の主に各ポンプを駆動してレジスト供給タンク５０からレジストをインクジェットヘッド２０に送液する。
【０１７９】
メンテナンス制御部１１８は、メンテナンス手段３２を制御するものであり、メンテナンスが必要なときには、メンテナンス手段３２のキャップをインクジェットヘッド２０のノズル面に対向させて予備吐出やパージを行ったり、キャップをノズル面に当てて粘度が高くなったレジストを吸引したりして、メンテナンス動作を行う。
【０１８０】
観察制御部１２２は、ノズル面観察手段２８や吐出状態観察手段３０（３０ａ、３０ｂ）等の観察部１２０を制御する。ロードアンロード制御部１２４は、ロードアンロード部４８（４８ａ、４８ｂ）を制御する。アライメント制御部１２６は、アライメント部（ワークアライメント手段）２２を制御し、ワークの位置調整を行う。モータ制御部１３０は、モータ部１２８を制御して、ヘッド保持移動手段１８、ワーク保持移動手段２４等を駆動する。
【０１８１】
（基板の加工方法）
次に、本発明の基板の加工方法の実施形態について説明する。本実施形態では、Ｓｉモールドを原盤として、前述したナノインプリント方法を用いて基板の加工を行う。
【０１８２】
まず、ナノインプリント方法を用いてパターン転写されたレジスト膜を被加工基板の一方の面に形成する。次に、パターン転写されたレジスト膜をマスクにして、ドライエッチングを行い、レジスト膜に形成された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを被加工基板上に形成して、所定のパターンを有する基板を得る。
【０１８３】
一方、被加工基板が積層構造を有しており表面上に金属層を含む場合には、レジスト膜をマスクにして、ドライエッチングを行い、レジスト膜に形成された凹凸パターンに対応した凹凸パターンを当該金属層に形成し、その金属薄層をエッチストップ層にして被加工基板にさらにドライエッチングを行い、凹凸パターンを被加工基板上に形成して、所定のパターンを有する基板を得る。
【０１８４】
ドライエッチングとしては、被加工基板に凹凸パターンを形成できるものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、イオンミリング法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、スパッタエッチング、などが挙げられる。これらの中でも、イオンミリング法、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が特に好ましい。
【０１８５】
イオンミリング法は、イオンビームエッチングとも言われ、イオン源にＡｒなどの不活性ガスを導入し、イオンを生成する。これを、グリッドを通して加速させ、試料基板に衝突させてエッチングするものである。イオン源としては、カウフマン型、高周波型、電子衝撃型、デュオプラズマトロン型、フリーマン型、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）型などが挙げられる。
【０１８６】
イオンビームエッチングでのプロセスガスとしては、Ａｒガス、ＲＩＥのエッチャントとしては、フッ素系ガスや塩素系ガスを用いることができる。
【０１８７】
以上のように、本発明の基板の加工方法は、マスクとして、上記に記載のナノインプリント方法により形成された、残膜の厚みムラおよび残留気体によるインプリント欠陥のないレジスト膜を用いてドライエッチングを行っているから、高精度で歩留まりよく基板を加工することが可能となる。
【実施例】
【０１８８】
本発明の実施例を以下に示す。
【０１８９】
（モールドの作製）
Ｓｉ基材上に、スピンコートによりＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｎｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などを主成分とするフォトレジスト液を塗布し、フォトレジスト層を形成した。その後、Ｓｉ基材をＸＹステージ上で走査しながら、線幅６０ｎｍ、ピッチ１２０ｎｍのラインパターンに対応して変調した電子ビームを照射し、３ｍｍ角の範囲のフォトレジスト層全面に直線状凹凸パターンを露光した。また、３ｍｍ角領域の４隅に対応する位置の外側に線幅１０ｕｍ、長さ５０ｕｍの線が交差した十字パターンを露光した。
【０１９０】
その後、フォトレジスト層を現像処理し、露光部分を除去して、除去後のフォトレジスト層のパターンをマスクにしてＲＩＥにより溝深さが６０ｎｍになるように選択エッチングを行い、直線状凹凸パターンと十字型のアライメントマークを有するＳｉモールドを得た。
【０１９１】
上記Ｓｉモールドの表面をダイキン工業株式会社製のオプツールＤＳＸで処理することにより、離型性を向上させた。
【０１９２】
（レジスト）
上記構造式（１）で表される化合物を４８ｗ％、アロニックスＭ２２０を４８ｗｔ．％、ＩＲＧＡＣＵＲＥ ３７９を３％、上記構造式（１）で表される化合物を1ｗ％含有するレジストを調整した。
【０１９３】
（基板）
基板には厚さ０．５２５ｍｍの石英基板を使用した。石英基板にはモールドのアライメントマークに対応する位置に、同じ寸法の十字型アライメントマークをあらかじめ形成した。石英基板の表面に、レジストとの密着性に優れるシランカップリング剤であるＫＢＭ−５１０３により表面処理をした。ＫＢＭ−５１０３をＰＧＭＥＡで１質量％に希釈し、スピンコート法により基板表面に塗布した。続いて、このシランカップリング剤溶液が塗布された基板をホットプレート上で１２０℃、２０分の条件でアニールし、シランカップリング剤を基板表面に結合させた。
【０１９４】
（レジストの塗布工程）
ピエゾ方式のインクジェットプリンターであるＦＵＪＩＦＩＬＭ Ｄｉｍａｔｉｘ社製ＤＭＰ−２８３１を使用した。インクジェットヘッドには専用の１０ｐｌヘッドであるＤＭＣ−１１６１０を使用した。液滴量が１０ｐｌとなるように、あらかじめ吐出条件を設定及び調整した。上記のようにして液滴量を調整した後、所定の液滴配置パターンに従って、基板上に液滴を配置する。液滴配置パターンは、後述する方法により作成した。
【０１９５】
（液滴配置パターン作成工程）
実施形態に示したシミュレーション手法により、次のような手順で液滴配置パターンの作成を行った。
【０１９６】
はじめに、対象となるモールド上に解析空間を設定した。解析空間に対して初期配置を決定した。次に、得られた初期配置を基に解析空間内に初期の流体率分布を設定し、液滴の濡れ広がりおよび合一のシミュレーション解析を実行した。このとき、モールド面上における濡れ性は、その凹凸パターンの仕様に対応する濡れ性パラメータとして異方性を持って与えられた。
【０１９７】
モールド上の線幅６０ｎｍ、ピッチ１２０ｎｍのラインパターンおよび残膜の狙い厚さ１０ｎｍから、解析空間３ｍｍ×３ｍｍに必要となる液滴の個数を３６個と予測した。図１３ａに示されるように、解析面上の格子間隔５００μｍの正方格子状に複数の液滴６を配置し、初期の液滴配置とした。
【０１９８】
そして、初期の液滴配置に対して気液二相流解析によるシミュレーション解析を実施した。はじめに、濡れ性データベースを用いずに、凹凸パターンによる濡れ性の異方性を無視した場合は、均一な合一膜が予測された。一方で濡れ性データベースを用い、凹凸パターンによる濡れの異方性を考慮すると、液滴６は楕円形に濡れ広がり、図１３ｂに示すように残留気体による欠陥８が生じた合一膜７が予測された。このようにして得た合一膜の高さ分布から残膜厚さおよび残留気体による欠陥を見積もり、液滴配置を修正した。最終的に液滴配置を図１４ａのようにした。この配置に対し同様にシミュレーション解析を再度実施したところ、図１４ｂのように、高さ分布にムラがなくかつ残留気体による欠陥のない均一な合一膜７が予測された。これにより、凹凸パターンによる異方性のある濡れ性を解析面が持つ場合であっても均一な合一膜７が予測することが可能であることを確認した。以上のように、モールドの凹凸パターンがある場合に対して適切な液滴配置を作成した。
【０１９９】
以上の工程はインクジェットプリンターのホストコンピュータにインストールされたプログラム上で行った。
【０２００】
（モールド押付け工程）
モールドと石英基板をギャップが０．１ｍｍ以下になる位置まで近接させ、石英基板の背面から石英基板上のアライメントマークとモールド上のアライメントマークが一致するように位置合わせをした。モールドと石英基板間の空間を９９体積％以上のＨｅガスで置換し、Ｈｅ置換後に２０ｋＰａ以下まで減圧した。減圧Ｈｅ条件下でモールドをレジストからなる液滴に接触させた。接触後、１ＭＰａの押付け圧で１分間加圧し、３６０ｎｍの波長を含む紫外光により、照射量が３００ｍＪ/ｃｍ２となるように露光し、レジストを硬化させた。
【０２０１】
（モールド剥離工程）
石英基板およびモールドの外縁部を機械的に保持、もしくは裏面を吸引保持した状態で、石英基板またはモールドを押圧と反対方向に相対移動させることでモールドを剥離した。
【０２０２】
（基板加工工程）
凹凸パターンが転写されたレジスト膜をマスクにして、下記に示すようにドライエッチングを行い、レジスト膜に形成された凹凸パターンに基づく凹凸形状を石英基板上に形成し、所定の凹凸パターンを有する石英モールドを得た。
【０２０３】
まず、パターン凹部に存在する残膜を酸素プラズマエッチングにより除去し、パターン凹部の石英基板を露出させた。その際、凹凸パターン領域内の最も厚い残膜を除去できる条件にあわせてエッチング量を設定した。次に、フッ素系ガスにより、レジストパターンの凸部をマスクにして石英基板のＲＩＥを行った。エッチング深さが６０ｎｍになるようにＲＩＥの条件を設定した。最後に、レジストパターンの凸部の残渣を酸素プラズマエッチングにより除去した。以上の基板加工工程により、Ｓｉモールドの複製となる上記石英モールドを作製した。
【産業上の利用可能性】
【０２０４】
上記の実施形態および実施例では、本発明を利用した形態としてナノインプリントを例として挙げたが、本発明の用途はこれに限られない。例えば、半導体分野やディスプレイ分野等における封止技術に適用することもできる。
【符号の説明】
【０２０５】
１     凹凸パターン
２     凸部
４     組み合わせによる凹凸パターン
６     液滴
６ａ   除去された液滴
６ｂ   追加された液滴
７     合一膜
８     残留気体による欠陥
１０   インクジェット装置
１００ ホストコンピュータ
１０１ 記録媒体
１１０ ヘッドドライバ
Ａ     解析面
Ｃ     セル
Ｃａ   解析セル
Ｐ     パターン形成面
Ｗｇ   計算格子の解像度
Ｗｐ   凸部の幅
Ｗｒ   凸部同士の間隔
θc    接触線における接触角
θcp    接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向とが平行な位置における接触角
θcv    接触線の法線ベクトル方向とパターン軸方向とが垂直な位置における接触角
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図９】
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【図１３】
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【図１４】
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